光學(xué)測(cè)量機(jī)器及方法
【專利摘要】一種光學(xué)測(cè)量機(jī)器包括：光學(xué)探測(cè)單元（7），光學(xué)探測(cè)單元裝備有發(fā)光裝置（8）和視頻捕捉裝置（9）；支承件（4），支承件插入在發(fā)光裝置（8）和視頻捕捉裝置（9）之間，該支承件包括透明板（6），其形成用于待測(cè)量工件（100）的支承臺(tái)（A），并沿著被光束橫過(guò)的光路（B）定位；以及運(yùn)動(dòng)裝置（10、30），該運(yùn)動(dòng)裝置構(gòu)造成產(chǎn)生透明板（6）和光學(xué)探測(cè)單元（7）之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便沿著運(yùn)動(dòng)方向（C）形成被捕捉的視域（V）的多個(gè)幀，形成機(jī)器的測(cè)量區(qū)域（M）。該測(cè)量機(jī)器還包括連接到支承件（4）的復(fù)查校準(zhǔn)器（20），其沿著橫向于運(yùn)動(dòng)方向（C）的至少一個(gè)方向延伸，并定位在機(jī)器的測(cè)量區(qū)域（M）內(nèi)，該區(qū)域在離視頻捕捉裝置（9）某一距離的平面內(nèi)，該距離等于焦距，以形成用于糾正測(cè)量誤差的比較元件。
【專利說(shuō)明】光學(xué)測(cè)量機(jī)器及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)量機(jī)器及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及光學(xué)儀器的領(lǐng)域，光學(xué)儀器用光學(xué)電子方法確定各種參數(shù)，尤其是，用于測(cè)量主要是平面的零件。在現(xiàn)有技術(shù)中，公知有許多種光學(xué)(光學(xué)電子)測(cè)量機(jī)器，其包括工件支承臺(tái)，工件支承臺(tái)由基本上透明的材料制成，并插入在光源和圖像探測(cè)器之間。
[0003]這些機(jī)器通常包括形成(玻璃質(zhì))支承臺(tái)的固定的安裝件，光學(xué)電子測(cè)量系統(tǒng)可順著該支承臺(tái)沿X-Y主方向移動(dòng)。
[0004]例如，文獻(xiàn)US2005/109959描述了裝備有透明測(cè)量臺(tái)(支承臺(tái))的機(jī)器，待被測(cè)量的工件定位在該測(cè)量臺(tái)上，固定光源位于測(cè)量臺(tái)的下方并面向上，以便用光束照亮工件，視頻捕捉系統(tǒng)裝備有攝影機(jī)，該攝影機(jī)相對(duì)于測(cè)量臺(tái)能夠(沿兩個(gè)主方向X-Y)部分地移動(dòng)，以捕捉(或俘獲)多個(gè)幀，然后，借助于專門(mén)的軟件來(lái)組合這些幀，以產(chǎn)生測(cè)量域(以及工件)的完整圖像。
[0005]替代地，文獻(xiàn)US5008743披露了使用可相對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)移動(dòng)的測(cè)量臺(tái)的可能性。光學(xué)系統(tǒng)包括:在測(cè)量臺(tái)下方的多個(gè)線性布置的LED(發(fā)光二極管)，在測(cè)量臺(tái)上方的構(gòu)造成將光線引導(dǎo)到線性攝影機(jī)的菲涅耳透鏡。
[0006]不利地是，上述裝置具有若干個(gè)缺點(diǎn)。
[0007]的確，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器和光源的使用趨于使機(jī)器過(guò)熱，尤其是使測(cè)量臺(tái)和攝影機(jī)過(guò)熱，導(dǎo)致視域(即畫(huà)面)畸變和降低測(cè)量精度。
[0008]此外，使用多個(gè)直接面向工件的LED使得光的方向不能有效地控制。
[0009]與文獻(xiàn)US2005/109959中的裝置相比，用來(lái)收集光線并將光線引導(dǎo)到攝影機(jī)上的菲涅耳透鏡的存在，確實(shí)提高了視頻捕捉質(zhì)量，但卻沒(méi)有使其最優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的技術(shù)目的是提供克服了上述現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)的光學(xué)測(cè)量機(jī)器及方法。
[0011]具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的目標(biāo)是提供可糾正攝影機(jī)和部件熱畸變的光學(xué)測(cè)量機(jī)器及方法。
[0012]本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供能夠快速提供質(zhì)量測(cè)量的高性能的光學(xué)測(cè)量機(jī)器及方法。
[0013]這些目標(biāo)借助于根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)達(dá)到，該光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)包括光學(xué)探測(cè)單元，光學(xué)探測(cè)單元裝備有發(fā)光裝置和視頻捕捉裝置，該發(fā)光裝置構(gòu)造成產(chǎn)生沿預(yù)定光路的光束，視頻捕捉裝置沿光路至少部分地與發(fā)光裝置對(duì)齊以便接受光束；視頻捕捉裝置具有預(yù)定的焦距和預(yù)設(shè)的視域。該機(jī)器還包括支承件和運(yùn)動(dòng)裝置，支承件插入在發(fā)光裝置和視頻捕捉裝置之間，該支承件包括透明板，其形成用于待測(cè)量工件的支承臺(tái)，并沿著被光束橫過(guò)的光路定位，而運(yùn)動(dòng)裝置構(gòu)造成產(chǎn)生在透明板和光學(xué)探測(cè)單元之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)沿著運(yùn)動(dòng)方向，與光路成直角，以便沿著運(yùn)動(dòng)方向形成被捕捉的視域的多個(gè)幀，形成機(jī)器的測(cè)量區(qū)域。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，該機(jī)器還包括連接到支承件的復(fù)查校準(zhǔn)，其沿著彼此大致成直角的兩個(gè)方向延伸，并定位在某一平面內(nèi)的機(jī)器的測(cè)量區(qū)域內(nèi)，該平面離視頻捕捉裝置的距離等于焦距，以便形成用于糾正測(cè)量誤差的比較元件。
[0015]具體來(lái)說(shuō)，測(cè)量機(jī)器包括處理單元，該單元與視頻捕捉裝置相關(guān)聯(lián)并構(gòu)造成組合上述視域的幀，以產(chǎn)生測(cè)量區(qū)域的完整圖像。
[0016]該處理單元又裝備有糾正模塊，糾正模塊構(gòu)造成使代表復(fù)查校準(zhǔn)的位置或尺寸值的參數(shù)與先前儲(chǔ)存的參考值相比較，以便計(jì)算出用于捕捉圖像的糾正因子。
[0017]有利地是，這樣就能保證測(cè)量精度，排除熱和系統(tǒng)漂移(畸變)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]參照附圖，從以下對(duì)本發(fā)明的非限制性優(yōu)選實(shí)施例的描述中，上述的和其它的特征將會(huì)變得更加明晰，附圖中，
[0019]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量機(jī)器實(shí)施例的立體圖，其處于操作的第一步驟；
[0020]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量機(jī)器的立體圖，其處于操作的第二步驟；
[0021]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量機(jī)器的立體圖，其處于標(biāo)定的步驟；
[0022]圖4是圖2的光學(xué)測(cè)量機(jī)器的示意側(cè)視圖；
[0023]圖5示出根據(jù)本發(fā)明光學(xué)測(cè)量機(jī)器的優(yōu)選實(shí)施例的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]參照附圖，附圖標(biāo)記I表示根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量機(jī)器。
[0025]光學(xué)測(cè)量機(jī)器I是光學(xué)電子型的，其構(gòu)造成大多測(cè)量主要為平面的工件100，或者，形狀沿著其厚度至少變化不大的工件。
[0026]測(cè)量機(jī)器I包括安裝組件，該組件具有底部，該底部的形狀允許機(jī)器自身可放置在支承表面上，最好是水平表面。
[0027]該底部較佳地具有多個(gè)腳(未示出)，這些腳可調(diào)節(jié)以在支承表面上精確地校平，即使支承表面的形狀不規(guī)則也可調(diào)平。
[0028]該機(jī)器還包括支承件4，最好是平面形狀的，以對(duì)要測(cè)量的工件100形成支承臺(tái)“A”。較佳地，該支承件4相對(duì)于底部升起。
[0029]支承件4包括平面安裝件5 (最好是金屬的)和透明板6，該透明板6平行于安裝件5延伸，并形成工件100的上述支承臺(tái)“A”。
[0030]較佳地，透明板6定位在支承件4的中心部分內(nèi)，其被安裝件5包圍，它的功能較佳地是結(jié)構(gòu)性的。
[0031]在優(yōu)選的實(shí)施例中，透明板6用高質(zhì)量的玻璃質(zhì)材料制成。例如，該板可用硼硅玻璃(borosilicate glass)制成。
[0032]應(yīng)該指出的是，透明板6厚度在I和IOmm之間。
[0033]機(jī)器I還包括光學(xué)探測(cè)單元7，其構(gòu)造成用光束照亮透明板6 (因此還有待要測(cè)量的工件100)，以捕捉因工件100的存在而產(chǎn)生的陰影的圖像(影像)。[0034]具體來(lái)說(shuō)，光學(xué)探測(cè)單元7裝備有發(fā)光裝置8和視頻捕捉裝置9，發(fā)光裝置8構(gòu)造成產(chǎn)生沿著預(yù)定光路“B”的光束，視頻捕捉裝置9與發(fā)光裝置8對(duì)齊(沿著光路“B”)，以接受光束“F”。
[0035]因此，透明板6 (更一般地說(shuō)，支承件4)插入在視頻捕捉裝置9和發(fā)光裝置8之間，以便能測(cè)量工件100。
[0036]發(fā)光裝置8包括至少一個(gè)朝向透明板6的光源8a，以用光束照明透明板6。
[0037]在優(yōu)選的實(shí)施例中，發(fā)光裝置8包括單一光源8a。較佳地，該單一光源8a是LED(發(fā)光二極管)型。
[0038]發(fā)光裝置8還包括與光源8a相關(guān)聯(lián)的光學(xué)系統(tǒng)8b,用以朝向透明板6照射光束。該特征的優(yōu)點(diǎn)隨著本描述的繼續(xù)而會(huì)變得更加清楚。
[0039]視頻捕捉裝置9具有預(yù)定的焦距“F”和預(yù)設(shè)的視域“V”。
[0040]術(shù)語(yǔ)“焦距”用來(lái)指光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)焦能力。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)待聚焦的物體放置在無(wú)限遠(yuǎn)處(因此，光線平行于系統(tǒng)的軸線)時(shí)，它與介于光學(xué)系統(tǒng)和聚焦平面之間的距離(單位為mm)相一致。
[0041]另一方面，“視域”是視頻捕捉裝置9在任何瞬時(shí)都是工作的區(qū)域，它是“視域角度”的函數(shù)，即其圖像圓的角度范圍。
[0042]應(yīng)該指出的是，視頻捕捉裝置9包括裝備有相應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)9b的攝影機(jī)9a。
[0043]因此，視域“V”和焦距“F”根據(jù)攝影機(jī)9a的規(guī)格和光學(xué)系統(tǒng)9b的類型組合而定義的。
[0044]在優(yōu)選的實(shí)施例中，攝影機(jī)9a是線性攝影機(jī)。因此，視域“V”基本上由線性段(陣列)予以定義。
[0045]在優(yōu)選的實(shí)施例中，視域“V”是長(zhǎng)度在0和170mm之間的線段，較佳地，近似為150mmo
[0046]此外，焦距“F”在130和150mm之間，較佳地近似為140mm。
[0047]因此，較佳地，發(fā)光裝置8的光學(xué)系統(tǒng)Sb沿著光路“B”(形成操作方向)朝向視頻捕捉裝置9的光學(xué)系統(tǒng)9b并與其對(duì)齊。
[0048]透明板6沿著上述操作方向插入在光學(xué)系統(tǒng)8b、9b之間并橫向于該方向定向，最好定向成直角。
[0049]在所示的實(shí)施例中，連接兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)8b、9b的直線(對(duì)應(yīng)于操作方向)大致在垂直方向上，而透明板6位于對(duì)應(yīng)于工件100的支承臺(tái)“A”的水平平面內(nèi)。
[0050]因此，在照明裝置8和視頻捕捉裝置9的兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)8b、9b之間的伸展地帶中，光路“B”大致為直線的和垂直的。
[0051]因此，有利地，待要測(cè)量的工件100可快速地和容易地定位，而且不必予以固定。
[0052]較佳地，光學(xué)系統(tǒng)8b、9b彼此定位成離開(kāi)一距離“L”。
[0053]此外，為了提高攝影機(jī)9a捕捉的圖像質(zhì)量，視頻捕捉裝置9的光學(xué)系統(tǒng)9b屬于遠(yuǎn)心型的。較佳地，照明裝置8的光學(xué)系統(tǒng)Sb也是遠(yuǎn)心型的。
[0054]術(shù)語(yǔ)“遠(yuǎn)心”是指主光線平行于光軸的光學(xué)系統(tǒng)。
[0055]因此，視頻捕捉裝置9和照明裝置8的光學(xué)系統(tǒng)8b、9b彼此校準(zhǔn)。
[0056]有利地是，由于光線的衍射，所以這樣捕捉的圖像總體上沒(méi)有畸變。[0057]機(jī)器I還包括運(yùn)動(dòng)裝置10，其構(gòu)造成產(chǎn)生透明板6和光學(xué)探測(cè)單元7之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)沿著運(yùn)動(dòng)方向“C”并與光路“B”成直角，以允許沿著運(yùn)動(dòng)方向“C”捕捉視域的多個(gè)幀。
[0058]因此，當(dāng)運(yùn)動(dòng)裝置10啟動(dòng)時(shí)，架起的攝影機(jī)9a就沿著透明板6 (具體來(lái)說(shuō)，沿著運(yùn)動(dòng)方向“C”)連續(xù)地捕捉幀。
[0059]這樣，確定了機(jī)器I的測(cè)量區(qū)域“M”，這就是說(shuō)，探測(cè)到要被測(cè)量的圖像的區(qū)域。
[0060]測(cè)量區(qū)域“M”的大小是可變的，其根據(jù)待要測(cè)量的工件100的形狀和尺寸變化。
[0061]具體來(lái)說(shuō)，機(jī)器I的測(cè)量區(qū)域“M”的范圍根據(jù)運(yùn)動(dòng)裝置10的工作行程。
[0062]因此，測(cè)量區(qū)域“M”由視域“V”(在本情形中，視域是線性的)乘以運(yùn)動(dòng)裝置10的工作行程予以定義。
[0063]然而，應(yīng)該指出的是，測(cè)量區(qū)域“M”的最大尺寸由透明板6的尺寸來(lái)限定。
[0064]較佳地，運(yùn)動(dòng)裝置10、30構(gòu)造成相對(duì)于光學(xué)探測(cè)單元7來(lái)移動(dòng)支承件4(以及因此的透明板6)。
[0065]具體來(lái)說(shuō)，支承件4沿著運(yùn)動(dòng)方向“C”相對(duì)于光學(xué)單元7滑動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向“C”即與光路“B”成直角。
[0066]運(yùn)動(dòng)裝置10、30還包括電動(dòng)機(jī)11、31，以及插入在電動(dòng)機(jī)11、31自身和支承件4之間的運(yùn)動(dòng)傳輸裝置12、32。
[0067]較佳地，(圖5)，傳輸裝置32由連接到滑輪34上的帶子33形成，而滑輪34剛性地連接到電動(dòng)機(jī)31。
[0068]有利地，帶子傳輸消除了振動(dòng)現(xiàn)象并允許更精確的運(yùn)動(dòng)。
[0069]替代地(圖1-4)，傳輸裝置12可由循環(huán)的球組件13和與支承件4成一體的至少一個(gè)循環(huán)的螺桿(蝸桿)14形成，以便沿著運(yùn)動(dòng)方向“C”運(yùn)動(dòng)。
[0070]代替電動(dòng)型致動(dòng)器，運(yùn)動(dòng)裝置可包括(直接地或間接地)連接到支承件4上的液壓缸/氣動(dòng)缸，以便提供沿著運(yùn)動(dòng)方向“C”的線性致動(dòng)。
[0071 ] 為了便于該運(yùn)動(dòng)，安裝組件2包括至少一個(gè)軌道15，支承件4可滑動(dòng)地與該軌道相連。軌道15沿著運(yùn)動(dòng)方向“C”延伸。在這一點(diǎn)上，支承件4裝備有至少一個(gè)閘瓦16，其可滑動(dòng)地連接于軌道15。因此，支承件4和閘瓦16 —起形成可滑動(dòng)的滑架17。
[0072]在所示的實(shí)施例中，安裝組件2裝備有兩個(gè)平行軌道15，以改善平衡和提高穩(wěn)定性。
[0073]有鑒于此，支承件4裝備有至少兩個(gè)(最好是四個(gè))閘瓦16。
[0074]較佳地，支承件4 (和因此的滑架17)可滑動(dòng)地與位移傳感器27相關(guān)聯(lián)。
[0075]較佳地，位移傳感器27由光學(xué)標(biāo)尺27a組成，該光學(xué)標(biāo)尺固定到安裝組件2并平行于運(yùn)動(dòng)方向“C”設(shè)置。光學(xué)標(biāo)尺27a具有多個(gè)凹痕(較佳地是定距、鉻蝕刻的型式)。
[0076]視頻捕捉裝置9，尤其是攝影機(jī)9a，構(gòu)造成:一旦到達(dá)光學(xué)標(biāo)尺27a上的每個(gè)凹痕，就捕捉視域“V”的幀。
[0077]在一替代的實(shí)施例中，可移動(dòng)光學(xué)單元7，同時(shí)將透明板6保持在固定位置。因此，在此情形中，運(yùn)動(dòng)裝置10、30可在光學(xué)單元7上操作。
[0078]此外，在另一實(shí)施例中(未示出)，可加快圖像的捕捉，這里，支承件4和光學(xué)單元7沿著運(yùn)動(dòng)方向“C”可相對(duì)于彼此移動(dòng)。在此情形中，運(yùn)動(dòng)裝置10、30在該兩個(gè)部件(支承件4和光學(xué)單元7)上操作，運(yùn)動(dòng)裝置可相對(duì)于安裝組件2移動(dòng)。
[0079]為了控制運(yùn)動(dòng)和捕捉，機(jī)器I包括與運(yùn)動(dòng)裝置10和光學(xué)單元7相關(guān)聯(lián)的控制單元18，以結(jié)合捕捉工件100的圖像來(lái)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)裝置10和光學(xué)單元7。
[0080]具體來(lái)說(shuō)，機(jī)器I (較佳地是控制單元18)包括與視頻捕捉裝置9相關(guān)聯(lián)的處理模塊19 (或處理器)，以便組合在運(yùn)動(dòng)裝置10、30的行程期間捕捉到的多個(gè)幀，從而產(chǎn)生測(cè)量區(qū)域“M”完整的圖像。
[0081]處理模塊19與視頻接口 28相關(guān)聯(lián)，該接口 28構(gòu)造成與處理模塊19 (和控制單元)互換數(shù)據(jù)，并向操作者顯示捕捉到的圖像，以讓操作者獲得所需要的測(cè)量(測(cè)量值)。
[0082]換句話說(shuō)，圖像捕捉是連續(xù)的掃描過(guò)程，其中，線性位置編碼器確保攝影機(jī)9a和工件100之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的同步。
[0083]根據(jù)本發(fā)明，機(jī)器I包括糾正工件100測(cè)量中誤差的裝置。
[0084]在這一點(diǎn)上，糾正裝置包括復(fù)查校準(zhǔn)器20，其連接到支承件4并沿著至少一個(gè)方向延伸，該方向橫向于運(yùn)動(dòng)方向“C”,最好成直角。
[0085]復(fù)查校準(zhǔn)器20至少部分地位于機(jī)器I的測(cè)量區(qū)域“M”內(nèi)。
[0086]換句話說(shuō)，復(fù)查校準(zhǔn)器20至少部分地位于視頻捕捉裝置9的每幀中的視域“V”之內(nèi)(在視頻捕捉裝置9的沿著運(yùn)動(dòng)裝置10的工作行程的每個(gè)位置)。
[0087]此外，復(fù)查校準(zhǔn)器20位于離攝影機(jī)(尤其是離開(kāi)其光學(xué)系統(tǒng)9b) —距離處。該距離等于焦距“D”，于是，復(fù)查校準(zhǔn)器20始終聚焦在每幀內(nèi)。
[0088]較佳地，復(fù)查校準(zhǔn)器20包括至少一段23，其裝備有沿著該段23自身的延伸方向相繼地定位的多個(gè)比較元件24。
[0089]較佳地，每個(gè)比較元件24基本上離鄰近于其的兩個(gè)比較元件24等距離。因此，t匕較元件24沿著該段23為等距離間距開(kāi)的。
[0090]在所示的實(shí)施例中，比較元件24由多個(gè)平行于透明板6突出的隆起所形成。
[0091]較佳地，這些隆起的形狀基本上為圓柱形。每個(gè)圓柱形隆起的中心軸線與兩個(gè)相鄰隆起的中心軸線等距離。
[0092]替代地，參考元件可以呈缺口、槽或其它形狀隆起的形式。
[0093]為了計(jì)算捕捉到圖像的糾正因子，處理單元19裝備有糾正模塊21，其構(gòu)造成使代表復(fù)查校準(zhǔn)器20的位置或尺寸值的參數(shù)與先前儲(chǔ)存的參考值相比較。因此，處理單元21包括至少一個(gè)儲(chǔ)存裝置22，設(shè)立該裝置用來(lái)接受代表一個(gè)或多個(gè)這些參考值的多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。較佳地，糾正模塊21構(gòu)造成將代表由攝影機(jī)9a捕捉到圖像中各個(gè)比較元件24位置的值與對(duì)應(yīng)儲(chǔ)存的參考值比較。
[0094]因此，有利地是，能夠計(jì)算用于圖像的糾正因子，由此消除由各種因素造成的熱畸變，所述因素諸如是攝影機(jī)或光學(xué)系統(tǒng)的過(guò)熱，或由外部因素造成的圖像變形。此外，糾正模塊21可編程以對(duì)各個(gè)比較元件24計(jì)算圖像糾正因子，從而對(duì)捕捉到圖像的各個(gè)區(qū)帶(zone)(或分區(qū))提供不同的糾正(S卩，對(duì)測(cè)量區(qū)域“M”的每個(gè)區(qū)帶)。
[0095]具體來(lái)說(shuō)，參考值(儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置22內(nèi))各代表著在預(yù)定大氣壓和工作條件下探測(cè)到的同一比較元件24的位置。
[0096]這些預(yù)定條件是標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量條件，即:
[0097]-溫度在15°C和25° C之間，較佳地是20° C;[0098]-濕度在50和70%之間，較佳地是60 %。
[0099]在優(yōu)選實(shí)施例中，使用如下公式來(lái)進(jìn)行糾正:
[0100]補(bǔ)償=K*x+ q
[0101]其中，“K”和q是所有偏差的(對(duì)最小二乘方)插值所獲得直線的系數(shù)，該所有偏差是在復(fù)查校準(zhǔn)器20上相對(duì)于標(biāo)定步驟過(guò)程中測(cè)得的復(fù)查校準(zhǔn)器20的位置測(cè)量的。
[0102]根據(jù)標(biāo)定過(guò)程中以及測(cè)量過(guò)程中探頭25提供的溫度，通過(guò)假設(shè)變形沿著復(fù)查校準(zhǔn)器20的方向是線性的基礎(chǔ)上的近似值，該計(jì)算始終考慮到復(fù)查校準(zhǔn)器20的熱變形。
[0103]較佳地，復(fù)查校準(zhǔn)器20還裝備有溫度探頭25，其與糾正模塊21相關(guān)聯(lián)，以糾正由于復(fù)查校準(zhǔn)器20自身中溫度變化引起的測(cè)量誤差。具體來(lái)說(shuō)，設(shè)置糾正模塊21，從溫度探頭25中接受代表復(fù)查校準(zhǔn)器20溫度的信號(hào)，并且該糾正模塊構(gòu)造成計(jì)算待供應(yīng)到儲(chǔ)存參考值的其它糾正因子。
[0104]換句話說(shuō)，溫度探頭25的存在，阻止復(fù)查校準(zhǔn)器20的熱變形影響到糾正因子的準(zhǔn)確計(jì)算。
[0105]的確，由于復(fù)查校準(zhǔn)器20材料對(duì)于溫度變化的特性是已知的，所以，其尺寸變化可預(yù)先進(jìn)行計(jì)算。
[0106]這意味著可防止復(fù)查校準(zhǔn)器20尺寸變化影響測(cè)量精度。
[0107]在實(shí)踐中，糾正模塊21根據(jù)復(fù)查校準(zhǔn)器20的測(cè)量溫度來(lái)計(jì)算第一糾正因子(對(duì)應(yīng)于進(jìn)一步的糾正因子)，并將其供應(yīng)到儲(chǔ)存的參考值(代表標(biāo)準(zhǔn)條件下比較元件24的位置)。
[0108]接下來(lái)，根據(jù)對(duì)復(fù)查校準(zhǔn)器20的探測(cè)位置或尺寸和其先前儲(chǔ)存的參考位置或尺寸之間的比較，計(jì)算第二糾正因子。
[0109]較佳地，為了使其存在相對(duì)地不具有影響性，將復(fù)查校準(zhǔn)器20安裝在測(cè)量區(qū)域“M”(以及因此攝影機(jī)9a的視域“V”)的周界處。
[0110]具體來(lái)說(shuō)，復(fù)查校準(zhǔn)器20至少部分地包圍透明板6，并對(duì)每個(gè)捕捉到的幀提供比
較參數(shù)。
[0111]應(yīng)該指出的是，存在一個(gè)橫向于運(yùn)動(dòng)方向“C”的復(fù)查校準(zhǔn)器20就足夠了，因?yàn)槲灰苽鞲衅?7 (即，光學(xué)標(biāo)尺27a)沿著該方向安裝，并且能夠足夠地提供精確的糾正數(shù)據(jù)。
[0112]然而，替代地，如圖1-4中所示，復(fù)查校準(zhǔn)器20可包括彼此成直角的第一段23a和第二段23b，并分別具有第一尺寸“D1”和第二尺寸“D2”。
[0113]在所示的實(shí)施例中，尺寸“D1”和“D2”對(duì)應(yīng)于透明板6的主尺寸。
[0114]因此，視頻捕捉裝置9的視域“V”具有平行于第一段23a的主尺寸(或，由于攝影機(jī)9a是線性相機(jī)，只有唯一尺寸)，第一段23a的長(zhǎng)度至少等于第一尺寸。
[0115]應(yīng)該指出的是，運(yùn)動(dòng)裝置10構(gòu)造成覆蓋平行于第二段23b的工作行程，以便確定測(cè)量區(qū)域“M”的范圍。
[0116]在該實(shí)施例中，第一段23a和第二段23b形成大致L形的結(jié)構(gòu)，其沿著透明板6周邊布置，至少部分地界圍測(cè)量區(qū)域“M”。
[0117]在任何情況下，透明板6最好連接到支承件4，以沿著平行于光路“B”的方向移向和移離復(fù)查校準(zhǔn)器20，這樣，允許機(jī)器I適于測(cè)量不同厚度的工件100。
[0118]更精確地說(shuō)，透明板6位于離視頻捕捉裝置9 (尤其是離光學(xué)系統(tǒng)9b) —距離處，該距離大于或等于焦距“F”，其可移離光學(xué)系統(tǒng)％。[0119]因此，如果復(fù)查校準(zhǔn)器20位于焦平面內(nèi)，則透明板6朝向和遠(yuǎn)離復(fù)查校準(zhǔn)器20運(yùn)動(dòng)。
[0120]該運(yùn)動(dòng)最好由操作者使用調(diào)整裝置(自動(dòng)地或手動(dòng)地)進(jìn)行控制，該控制根據(jù)待要測(cè)量的工件100的厚度“s”進(jìn)行。
[0121]因此，調(diào)整裝置可操作地插入在支承件4 (尤其是安裝件5)和透明板6之間。
[0122]在優(yōu)選實(shí)施例中，視頻捕捉裝置(以及因此攝影機(jī)9b)位于透明板6上方，而照明裝置8位于其下方。
[0123]因此，通過(guò)將待要測(cè)量的工件部分定位在焦平面內(nèi)，S卩，與復(fù)查校準(zhǔn)器20對(duì)齊，使透明板6朝向或遠(yuǎn)離攝影機(jī)9a的運(yùn)動(dòng)，便能根據(jù)工件厚度“s”來(lái)改變工件100的支承臺(tái)“A”的高度。
[0124]測(cè)量方法也形成本發(fā)明之目的，通過(guò)實(shí)施該測(cè)量方法，機(jī)器I因此用來(lái)測(cè)量基本上為平面形狀的工件100。
[0125]然而，該方法也可用光學(xué)測(cè)量機(jī)器來(lái)實(shí)施，在某些方面，該機(jī)器的特征不同于上述機(jī)器的特征。
[0126]不管什么情況，機(jī)器必須具有至少一個(gè)光學(xué)探測(cè)單元7，其裝備有照明裝置8和視頻捕捉裝置9，透明板6則插入在它們兩者之間，以讓光束橫過(guò)它。
[0127]該方法包括準(zhǔn)備復(fù)查校準(zhǔn)器20的步驟，該復(fù)查校準(zhǔn)器20具有在機(jī)器I的測(cè)量區(qū)域“M”(以及因此攝影機(jī)9a的視域“V”)內(nèi)的預(yù)定(或預(yù)先儲(chǔ)存)的位置或尺寸。
[0128]具體來(lái)說(shuō)，每個(gè)上述比較元件24的位置都是預(yù)定的。
[0129]此后，將待要測(cè)量的工件100放置在透明板6上。
[0130]如果必要的話，透明板6可朝向或遠(yuǎn)離視頻捕捉裝置9移動(dòng)，以將待要測(cè)量的工件100的部分定位在焦平面內(nèi)，即，與復(fù)查校準(zhǔn)器20對(duì)齊。
[0131]一旦工件100定位(或必要的話，甚至在此之前)，啟動(dòng)光學(xué)探測(cè)單元7來(lái)捕捉視域“V”的至少一個(gè)幀(較佳地為多個(gè)幀)。
[0132]因此，照明裝置8和視頻捕捉裝置9被致動(dòng)。
[0133]還有一步驟是，沿著運(yùn)動(dòng)方向“C”在透明板6和光學(xué)探測(cè)單元7之間形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向“C”與將攝影機(jī)9a連接到照明裝置8的直線成直角(S卩，與光路“B”成直角)。
[0134]這樣，相繼地捕捉到視域“V”的多個(gè)幀，例如，以獲得機(jī)器I (和因此工件100以及復(fù)查校準(zhǔn)器20)的測(cè)量區(qū)域“M”的完整圖像。
[0135]在這一點(diǎn)上，該方法包括比較步驟，該步驟比較復(fù)查校準(zhǔn)器20的測(cè)量位置或尺寸與預(yù)定的位置或尺寸，其后跟著糾正測(cè)量值的步驟，其根據(jù)比較來(lái)糾正測(cè)量工件100的捕捉到的圖像的測(cè)量。糾正步驟最好包括計(jì)算至少一個(gè)糾正因子(或糾正參數(shù))。
[0136]較佳地，該方法還包括測(cè)量復(fù)查校準(zhǔn)器20溫度的步驟，最好與圖像捕捉同時(shí)進(jìn)行。
[0137]在此情形中，糾正工件100圖像測(cè)量的步驟還包括子步驟，該子步驟根據(jù)復(fù)查校準(zhǔn)器20的測(cè)得的溫度來(lái)計(jì)算第一糾正因子。
[0138]第一糾正因子施加到比較元件24的預(yù)定位置，比較元件24的位置由于溫度變化已經(jīng)改變。
[0139]接下來(lái)，根據(jù)復(fù)查校準(zhǔn)器20的探測(cè)到的位置或尺寸和預(yù)定的參考位置或尺寸之間的比較，計(jì)算第二糾正因子。
[0140]較佳地，為了確定復(fù)查校準(zhǔn)器20的位置(可取的)或尺寸(替代地或附加地)，該方法包括初步的標(biāo)定步驟。
[0141]應(yīng)該指出的是，標(biāo)定步驟是在預(yù)定大氣壓力或工作條件下進(jìn)行的，這些條件對(duì)應(yīng)于上述對(duì)機(jī)器I的描述中的條件。
[0142]標(biāo)定步驟包括多個(gè)子步驟。
[0143]首先，將復(fù)查校準(zhǔn)器20放置在機(jī)器I的測(cè)量區(qū)域“M”內(nèi)。
[0144]還有，將已知尺寸的標(biāo)定元件26放置在透明板6上，距離視頻捕捉裝置9 一距離，該距離對(duì)應(yīng)于焦距“F”。
[0145]較佳地，標(biāo)定元件26的型式限定為，對(duì)光線半透明，其尺寸可從實(shí)驗(yàn)室得知。
[0146]該型式對(duì)于光線是半透明的，這是因?yàn)樗哂谐叽缫阎?通常為方形)的交替的不透明和透明部分，因此可用作標(biāo)定的參考。
[0147]因此，照明裝置8和視頻捕捉裝置9 (尤其是攝影機(jī)9a)被致動(dòng)，以捕捉視域的至少一個(gè)幀。
[0148]接下來(lái)，沿著運(yùn)動(dòng)方向“C”(即，與光路“B”成直角)，形成透明板6和光學(xué)探測(cè)單元7之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0149]這樣，相繼地捕捉視域“V”的多個(gè)幀，以獲得機(jī)器I (和因此標(biāo)定元件26和復(fù)查校準(zhǔn)器20)的測(cè)量區(qū)域“M”的完整圖像。
[0150]此后，根據(jù)標(biāo)定元件26的已知尺寸，處理單元19確定復(fù)查校準(zhǔn)器20的位置和/或尺寸。
[0151]將復(fù)查校準(zhǔn)器(尤其是，上述每個(gè)比較元件24)的位置和/或尺寸儲(chǔ)存起來(lái)。
[0152]此時(shí)，移去標(biāo)定元件26，并可開(kāi)始測(cè)量工件100。
[0153]本發(fā)明達(dá)到了預(yù)設(shè)目標(biāo)并帶來(lái)了重要的優(yōu)點(diǎn)。
[0154]事實(shí)上，位置(或尺寸)特征是預(yù)定的復(fù)查校準(zhǔn)器的存在，能夠探測(cè)機(jī)器的熱漂移、糾正誤差和優(yōu)化測(cè)量。
[0155]此外，將復(fù)查校準(zhǔn)器放置在透明板的周邊，這意味著復(fù)查校準(zhǔn)器是非侵襲性的，盡管總是存在于攝影機(jī)的視域內(nèi)。
[0156]而且，測(cè)量其溫度的可能性，可防止復(fù)查校準(zhǔn)器自身變形而降低測(cè)量精度。
[0157]還有，光學(xué)探測(cè)單元兩部件的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，使得測(cè)量在全部的測(cè)量域內(nèi)極其精確，防止因光線衍射引起的圖像變形。
[0158]此外，使用能直線移動(dòng)的線性攝影機(jī)和支承臺(tái)(透明板)使得圖像的捕捉立即變得快速和精確。
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)測(cè)量機(jī)器，該光學(xué)測(cè)量機(jī)器包括: -光學(xué)探測(cè)單元(7 )，光學(xué)探測(cè)單元裝備有發(fā)光裝置(8 )和視頻捕捉裝置(9 )，該發(fā)光裝置(8)構(gòu)造成產(chǎn)生沿預(yù)定光路(B)的光束，視頻捕捉裝置(9)沿光路(B)至少部分地與發(fā)光裝置(8)對(duì)齊以便接受光束；視頻捕捉裝置(9)具有預(yù)定的焦距(F)和預(yù)設(shè)的視域(V)； -支承件(4)，支承件插入在發(fā)光裝置(8)和視頻捕捉裝置(9)之間，該支承件包括透明板(6)，其形成用于待測(cè)量工件(100)的支承臺(tái)(A)，并沿著被光束橫過(guò)的光路(B)定位； -運(yùn)動(dòng)裝置(10、30)，該運(yùn)動(dòng)裝置構(gòu)造成產(chǎn)生透明板(6)和光學(xué)探測(cè)單元(7)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)沿著運(yùn)動(dòng)方向(C)，與光路(B)成直角，以便沿著運(yùn)動(dòng)方向(C)使視域(V)的多個(gè)幀被捕捉，運(yùn)動(dòng)方向(C)形成機(jī)器的測(cè)量區(qū)域(M)； 其特征在于，測(cè)量機(jī)器包括連接到支承件(4)的復(fù)查校準(zhǔn)器(20)，其沿著至少一個(gè)橫向于運(yùn)動(dòng)方向(C)的方向延伸，并定位在機(jī)器的測(cè)量區(qū)域(M)內(nèi)，該區(qū)域在離視頻捕捉裝置(9)一距離的平面內(nèi)，該距離等于焦距(F)，以形成用于糾正測(cè)量誤差的比較元件。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器，其特征在于，測(cè)量機(jī)器包括處理單元(19)，該處理單元與視頻捕捉裝置相關(guān)聯(lián)并構(gòu)造成組合視域(V)的幀，以產(chǎn)生測(cè)量區(qū)域(M)的完整圖像；該處理單元(19)裝備有糾正模塊(21 )，糾正模塊構(gòu)造成使代表復(fù)查校準(zhǔn)器(20)的位置或尺寸的值的參數(shù)與儲(chǔ)存的參考值相比較，以便計(jì)算出用于捕捉圖像的糾正因子。
3.如權(quán)利要求1或2所述的機(jī)器，其特征在于，復(fù)查校準(zhǔn)器(20)包括裝備有多個(gè)比較元件(24)的至少一段(23)，該比較元件(24)沿著該段(23)自身延伸的方向相繼地布置；糾正模塊(21)是: 構(gòu)造成將代表由視頻捕捉裝 置(9)捕捉到的圖像中各個(gè)比較元件(24)位置的值與對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)存的參考值進(jìn)行比較，以及 編程而計(jì)算用于每個(gè)比較元件(24)的圖像糾正因子，從而對(duì)捕捉到的圖像的每個(gè)區(qū)帶提供不同的糾正。
4.如權(quán)利要求3所述的機(jī)器，其特征在于，所述段(23)具有主尺寸(Dl)，而視頻捕捉裝置(9)的視域(V)具有主尺寸，該主尺寸平行于所述段(23)并至少等于主尺寸(D1)。
5.如權(quán)利要求7或8所述的機(jī)器，其特征在于，所述視頻捕捉裝置包括線性攝影機(jī)(9a)，攝影機(jī)具有基本上為直線的視域(V)，其尺寸至少等于第一尺寸(D1)。
6.如權(quán)利要求3至5中任何一項(xiàng)所述的機(jī)器，其特征在于，所述儲(chǔ)存的參考值各代表在預(yù)定大氣壓力和工作條件下探測(cè)的相應(yīng)比較元件(24)的位置。
7.如權(quán)利要求2至6中任何一項(xiàng)所述的機(jī)器，其特征在于，所述復(fù)查校準(zhǔn)器(20)裝備有溫度探頭(25)，其與糾正模塊(21)相關(guān)聯(lián)，以糾正由于復(fù)查校準(zhǔn)器(20)自身溫度變化引起的測(cè)量誤差。
8.如權(quán)利要求7所述的機(jī)器，其特征在于，所述糾正模塊(21)設(shè)立，以從溫度探頭(25)中接受代表復(fù)查校準(zhǔn)器(20)的溫度的信號(hào)，糾正模塊(21)構(gòu)造成計(jì)算進(jìn)一步的糾正因子，以施加到儲(chǔ)存的參考值。
9.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的機(jī)器，其特征在于，所述視頻捕捉裝置(9)和照明裝置(8)裝備有相應(yīng)的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)(8b、9b)，它們彼此校準(zhǔn)以防止圖像畸變。
10.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的機(jī)器，其特征在于，所述透明板(6)沿平行于光路(B)的方向朝向和遠(yuǎn)離復(fù)查校準(zhǔn)器(20)移動(dòng)，以使機(jī)器適應(yīng)待要測(cè)量的工件(100)的厚度。
11.一種光學(xué)測(cè)量方法，其由如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的測(cè)量機(jī)器實(shí)施，該方法包括以下步驟: -準(zhǔn)備復(fù)查校準(zhǔn)器(20)，該復(fù)查校準(zhǔn)器(20)具有在機(jī)器(I)的測(cè)量區(qū)域內(nèi)的預(yù)定的位置或尺寸； -將待要測(cè)量的工件(100)放置在透明板(6)上； -啟動(dòng)光學(xué)探測(cè)單元(7)來(lái)捕捉視頻捕捉裝置(9)的視域(V)的至少一個(gè)幀； -沿著平行于透明板(6)的運(yùn)動(dòng)方向(C)在透明板(6)和光學(xué)探測(cè)單元(7)之間形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以沿著運(yùn)動(dòng)方向(C)相繼地捕捉視域(V)的多個(gè)幀，從而獲得測(cè)量區(qū)域(M)的完整圖像； -比較復(fù)查校準(zhǔn)器(20)的測(cè)得位置或尺寸與預(yù)定的位置或尺寸； -根據(jù)比較，糾正工件(100)的圖像測(cè)量。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該方法包括標(biāo)定步驟，該標(biāo)定步驟在放置待測(cè)量工件的步驟之前，所述標(biāo)定步驟包括以下子步驟: -準(zhǔn)備位于機(jī)器(I)的測(cè)量區(qū)域內(nèi)(M)的復(fù)查校準(zhǔn)器(20)； -將已知尺寸的標(biāo)定元件(26)放置在透明板(6)上，放置在離攝影機(jī)(9a)的一距離處，該距離對(duì)應(yīng)于焦距(F)； -啟動(dòng)照明裝置(8)和視頻捕`捉裝置(9)，以便捕捉攝影機(jī)視域(V)的至少一個(gè)幀；-沿著平行于透明板(6)的方向，在透明板(6)和光學(xué)探測(cè)單元(7)之間形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以沿著透明板(6)相繼地捕捉視域的多個(gè)幀，從而獲得測(cè)量區(qū)域(M)的完整圖像； -根據(jù)標(biāo)定元件(26)的已知尺寸，確定復(fù)查校準(zhǔn)器(20)的位置或尺寸； -儲(chǔ)存復(fù)查校準(zhǔn)器(20)的位置或尺寸； -移去標(biāo)定元件(26)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述標(biāo)定元件(26)由某種型式形成，該型式對(duì)光半透明，其尺寸可從實(shí)驗(yàn)室獲知。
14.如權(quán)利要求11至13中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該方法包括測(cè)量復(fù)查校準(zhǔn)器(20)溫度的步驟；糾正工件(100)的圖像測(cè)量的步驟包括如下子步驟: -根據(jù)復(fù)查校準(zhǔn)器的測(cè)得的溫度，計(jì)算第一糾正因子； -根據(jù)復(fù)查校準(zhǔn)器(20)的探測(cè)到的位置或尺寸與已知的位置或尺寸的比較，計(jì)算第二糾正因子。
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